引 言

金魚養(yǎng)殖專業(yè)合作社的稻田養(yǎng)魚基地，主要是探索稻田示范養(yǎng)魚，通過改造稻田 500 畝，進行水產養(yǎng)殖。堅持糧食不減產、不破壞稻田耕作層和減少農藥化肥使用量為原則，充分利用稻田“一水兩用，一地兩收”的有效資源，堅持把稻田漁業(yè)增產、農民增收作為稻田養(yǎng)魚工作的重點，提高稻田漁業(yè)綜合生產能力，開辟漁業(yè)新的經濟增長點，同時向市場提供優(yōu)質綠色大米，提高市場競爭力。而原先合作社在具體監(jiān)測水稻和魚群的生長環(huán)境參數，包括空氣溫濕度、光照強度、土壤溫濕度、水質、pH值等都采用簡單的儀表儀器和憑借管理者的目測或者經驗來判斷，既不科學，也很容易出錯。因此， 通過在稻田養(yǎng)魚基地架構無線傳感器網絡來監(jiān)測和控制適宜水稻和魚群的生長環(huán)境非常迫切。

系統(tǒng)主要是當傳感器節(jié)點接收到協(xié)調器的詢問后，開始采集包括空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、pH 值、水質等在內的環(huán)境傳感數據，經節(jié)點匯聚進行分類匯總后通過基站、網關節(jié)點等通信設施將數據發(fā)送到用戶終端，系統(tǒng)總體架構如圖 1 所示。

1 系統(tǒng)總體架構設計

構建了一個適用于稻田養(yǎng)魚基地環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網絡系統(tǒng)，應用基于WSN 系統(tǒng)，可以實現稻田養(yǎng)魚基地內水稻與魚群生長環(huán)境的自動監(jiān)測、遠程傳輸、數據采集與處理。系統(tǒng)總架構包括五層，分別是數據感知層、WSN 網絡層、采集匯聚層、中央服務層以及應用決策層，如圖 2 所示。

2 硬件系統(tǒng)設計

硬件系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、網關節(jié)點、數據服務器以及上位PC 機等。當傳感器節(jié)點接收到協(xié)調器的詢問后，開始采集包括溫度、濕度、光照度等在內的環(huán)境傳感數據， 通過匯聚節(jié)點進行分類匯總后將數據通過網關節(jié)點發(fā)送到用戶終端，實現用戶足不出戶，便可及時看到監(jiān)測環(huán)境的實時值及變化曲線，了解環(huán)境狀況。并且可以制定出相應的最優(yōu)水稻種植和魚群養(yǎng)殖方案。

3 軟件系統(tǒng)設計

（1）傳感器節(jié)點的軟件設計

傳感器節(jié)點的主要任務是通過無線傳輸方式將采集到的溫濕度數據送到其父節(jié)點。節(jié)點完成對傳感器和協(xié)議棧的初始化之后，再對協(xié)議棧進行初始化，尋找合適的網絡，發(fā)送加入網絡請求，得到確認后，對是否接收到網關節(jié)點的測控命令進行選擇，如果接收到則對傳感器采集到的數據進行處理和向網關發(fā)送，如果不是則進入休眠狀態(tài)，等待定時器喚醒。收到喚醒指令后，開始通過傳感器采集溫濕度信息，并將它上傳其父節(jié)點。如圖 3 所示。

(2) 監(jiān)測軟件設計

通過傳輸通信接收節(jié)點數據，并利用監(jiān)測軟件以數據和圖表的方式顯示出監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境信息，隨時在線查閱分析監(jiān)測到的數據，簡便實用。軟件系統(tǒng)主要包含實時監(jiān)測和數據管理兩部分。實時監(jiān)測主要包括監(jiān)測參數配置、數據接收、數據處理以及網絡拓撲。數據管理部分包括數據查詢、數據顯示以及數據報警三塊，如圖 4 所示。

(3) 數據傳輸控制

系 統(tǒng)數據傳輸及流程 ：通過數據感知層的傳感器節(jié)點采集稻田養(yǎng)魚基地的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、水質狀況以及 pH 值等參數，通過無線傳感器網絡傳輸實時數據顯示至監(jiān)測屏幕，同時通過系統(tǒng)來對稻田養(yǎng)魚生產環(huán)境的各種參數進行控制，把數據上傳至系統(tǒng)數據庫，系統(tǒng)管理員 或者其他用戶可以通過互聯(lián)網遠程查詢相關數據，具體的系 統(tǒng)數據流向如圖 5 所示。

通過無線傳感器網絡系統(tǒng)總體架構設計，合作社的負責人可以通過該系統(tǒng)掌握監(jiān)測區(qū)域的第一手資料，及時分析并制定出相應環(huán)境解決方案。環(huán)境信息監(jiān)測涉及的范圍較廣，監(jiān)測的環(huán)境參數主要包括空氣溫度濕度、光照強度、土壤溫濕度、水質和pH 值等。

4 結 語

本文通過在稻田養(yǎng)魚基地架構無線傳感器網絡監(jiān)測系統(tǒng)來實現對基地水稻生長環(huán)境和魚群生活環(huán)境的有效、實時監(jiān)測和預警，該系統(tǒng)通過感知層、傳輸層和應用層的設計，實現了稻田養(yǎng)魚的科學化、智能化，具有一定的指導和借鑒意義。